1型糖尿病對血脂代謝及腎和心臟組織結構的影響

趙圣剛 張冉 陳善漿 江力勤

1型糖尿病對血脂代謝及腎和心臟組織結構的影響

趙圣剛 張冉 陳善漿 江力勤

目的 探討1型糖尿病對血脂代謝及腎和心臟組織結構的影響。方法 隨機選取新西蘭大白兔36只，分為糖尿病組（DM，20只）和對照組（NC，16只），兩次四氧嘧啶（ALX，80mg/kg）耳緣靜脈注射復制1型糖尿病模型，期間進行血糖控制。飼養4周，觀察兔一般情況，4周末采血檢測血脂變化，包括TG、TC、LDL-C、HDL-C水平、載脂蛋白（Apo）A1、ApoB100、ApoE，處死兔后膀胱穿刺抽取尿液檢測尿常規和尿蛋白定量，分離心臟和腎臟進行病理組織檢查。結果 實驗造模成功率為55%，死亡率為40%。DM組TC、HDL-C、LDL-C水平顯著高于NC組（P＜0．01），其中TC、TG、LDL-C水平較NC組分別升高97%,48%,130%。DM組TC/HDL-C,LDL-C/HDL-C水平高于NC組（P＜0．01），但TG/HDL-C水平低于NC組；兩組ApoB100、ApoA1/ApoB100、ApoE差異無統計學意義（均P＞0．05）。DM組尿蛋白定量較NC組升高。DM組心肌病理檢查出現輕度-中-重度不同程度的心內膜下脂肪變性和沉積，腎臟病理檢查提示腎小球血管袢分葉數量增加，基底膜及系膜基質增生，腎小球體積縮小，部分出現脂肪變替代，腎小管出現不同程度范圍變性甚至壞死，腔內可見鈣鹽沉積。結論 1型糖尿病可導致脂質代謝紊亂，引起心臟和腎臟病變，需行積極降脂治療。

糖尿病 高脂血癥 糖尿病腎病 糖尿病心肌病

糖尿病是一組以慢性血糖水平增高為特征的代謝疾病群，可同時引起血脂代謝異常[1-4]。強化降糖可通過降低TG、TC、LDL-C水平來減少心血管病患病風險[5-9]。DCCT研究提示糖化血紅蛋白A1（HbA1c）與TG、TC、LDL-C水平呈強相關性，但與HDL-C無相關性，CACTI研究支持相同結論[1，10]。糖尿病引起持續性高血脂促進脂肪酸合成和TG蓄積，造成非脂肪組織（肝臟、腎臟、心臟等）脂肪蓄積，導致腎小球和小管損傷[11]。本實驗通過構建糖尿病模型，觀察血脂變化和非脂肪組織脂質蓄積情況，評價心血管疾病風險，為糖尿病患者血脂控制提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 實驗動物及藥品、儀器 新西蘭大白兔36只，雌雄各18只，體重2～2.5kg，購自浙江省醫學科學院物實驗中心，生產許可證號：SCXK（浙）2009-0039。四氧密啶（ALX Sigma公司生產），使用前用0.9%氯化鈉溶液配制成濃度為5%的溶液。TC（浙江伊利康生物技術有限公司生產，批號130402）、TG（德國Roche Diagnostics GmbH公司生產，批號66684201）、HDL-C（浙江伊利康生物技術有限公司生產，批號130302），LDL-C（上?？迫A生物工程股份有限公司生產，批號20130422），載脂蛋白（Apo）A1、ApoB100（上海科華生物工程股份有限公司生產，批號2013011Q），ApoE（寧波賽克生物技術公司生產，批號20130327），尿蛋白定量試劑（德國Roche Diagnostics GmbH公司生產，批號67316901）；血糖儀及試紙（美國羅氏公司），電子天平（上海梅特勒-托利多，JB/T5374-1991），利多卡因、胰島素（10ml∶40U，江蘇萬邦生化醫藥股份有限公司），Roche/Modular/D/P/E全自動生化分析儀，Motic生物顯微圖像采集分析系統。

1.2 方法

1.2.1 實驗分組 所有兔適應性喂養1周，隔日監測1次空腹血糖，求均值作為動物的基礎血糖值。禁食24h后，采用隨機數字表法分為糖尿病組（DM組20只），對照組（NC組16只）。

1.2.2 1型糖尿病模型建立 參照課題組前期制作模型方法[12]，給藥前均禁食12h，利多卡因0.1ml/kg局部麻醉，耳緣靜脈注射四氧嘧啶（ALX），兩次劑量均為80mg/ kg，24h后再次給藥，給藥4h后皮下注射50%葡萄糖8ml，24h后監測血糖，72h后開始進行血糖管理，皮下注射胰島素控制血糖在16～22mmol/L，若血糖高于3倍的基礎血糖，并持續2周，則視為建模成功，造模不成功者剔除實驗，NC組注射等量0.9%氯化鈉溶液，連續飼養4周。實驗期間動物自由進食進水。

1.2.3 標本收集和檢測 分別于在用藥72h、1周、2周、4周末耳緣靜脈采血檢測血糖，測量3次取平均值，于第4周末耳中央動脈采血5ml做血脂相關檢查。耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉（30mg/kg）后開腹，無菌注射器抽取膀胱殘余尿液，＞3ml視為合格標本，4℃保存后即刻檢驗，分離心臟和腎臟。

1.2.4 病理組織學檢查 上述臟器用4%甲醛固定,石蠟包埋切片,常規HE染色后鏡檢，典型病變采用Motic生物顯微圖像采集分析系統攝影。

1.3 統計學處理 應用SPSS16.0統計軟件，計量資料以表示，比較采用兩獨立樣本t檢驗，尿蛋白與血脂水平的關系采用Bivarate correlation相關性分析。

2 結果

2.1 注射ALX后兔一般狀況 兔出現食欲下降，精神萎靡，少動，1周后恢復，出現多尿、多飲、多食現象，體重減輕，毛色發黃，容易脫落，血糖濃度升高。實驗造模成功率為55%，死亡率為40%，其中給藥后6d內死亡6只，給藥2周后，血糖恢復正常1只。兩組空腹血糖動態比較見表1。

表1 兩組空腹血糖動態比較（mmol/L）

由表1可見，DM組給藥72h及以后空腹血糖維持在22mmol/L以上，與NC組比較差異均有統計學意義（均P＜0.01）。

2.2 兩組血脂及尿蛋白水平比較 見表2。

表2 兩組血脂及尿蛋白水平比較

由表2可見，DM組TC、HDL-C、LDL-C水平及TC/ HDL-C、LDL-C/HDL-C均高于NC組（均P＜0.01），TG水平差異均無統計學意義（P＞0.05）。兩組ApoA1、ApoB100、ApoA1/ApoB100、ApoE水平差異無統計學意義（均P＞0.05）。DM組尿蛋白含量略升高，但差異無統計學意義（P＞0.05）。相關性分析顯示尿蛋白水平與TC、TG、HDL-CLDL-C水平無相關性（r=0.201、-0.529、0.538、0.128，均P＞0.05）。

2.3 心臟病理檢查結果 NC組心肌細胞排列整齊，呈粉紅色，胞質、胞核及組織結構清晰，心肌縱切面肌纖維細長呈圓柱形，分支并互相連成網，心肌纖維間有少量結締組織，未見異常；DM組可出現細胞水腫，排列紊亂，間質增生，出現輕度-中-重度不同程度的心內膜下脂肪變性和沉積，見插頁圖1。

2.4 腎臟病理檢查結果 NC組兔腎臟腎小球結構清晰，球囊壁光滑，腎小管未見異常；DM組可見腎小球血管袢分頁數量增加，基底膜及系膜基質增生，腎小球體積縮小，血管內皮細胞數目減少，部分出現脂肪變替代,腎小管出現不同程度范圍變性甚至壞死，腔內可見鈣鹽沉積，見插頁圖2。

3 討論

糖尿病屬代謝障礙性疾病，常伴有脂質代謝障礙，糖代謝異常與脂代謝異常互為因果[1-4，13]，是導致動脈硬化、糖尿病腎病、冠心病、腦血管病的主要危險因素[7]。DCCT/EDIC研究提示糖尿病通過誘發高血脂和脂質代謝紊亂導致心血管疾病[6，10-11]，血糖水平與血脂水平呈強相關，HbA1c變化與TC、LDL-C、non-HDL-C水平呈正相關，與HDL-C水平呈負相關[1]，強化胰島素治療可顯著降低TC、LDL-C、TG水平[5-9]，最新2013ACC/AHA指南主張對糖尿病患者進行積極地降脂治療[14]。胰島素可抑制脂肪細胞激素敏感性激酶釋放，激活脂蛋白脂酶，同時促進肝臟脂肪酸轉化為TG，進而以VLDL-C形式分泌。胰島素抵抗或缺乏可顯著影響血脂水平，血脂譜以及脂肪酸構成比例，脂質攝取和代謝之間平衡被打破[15-16]，糖尿病并發的脂質代謝障礙可導致胰島β細胞凋亡，胰島素分泌障礙，進入惡性循環狀態[17]。糖尿病通過高血糖和脂質代謝紊亂引起腎功能減退[14-17]，腎臟脂肪酸β氧化通路活性降低，脂蛋白脂酶表達降低，LDLC受體和氧化LDL-C受體表達增加，同時脂質外流機制（ABCA1，ABGC1，ApoE）降低，導致腎臟脂質蓄積。脂毒性和脂質蓄積造成足突細胞凋亡，腎小球和腎間質中的巨噬細胞可攝取大量氧化LDL-C，形成泡沫細胞，釋放趨化因子和炎癥介質，降低細胞膜的流動性，增加氧自由基，引起腎小球的基質沉積，導致腎小球肥大，繼而硬化造成腎功能減退[15]。1型糖尿病腎病的嚴重程度與LDL-C、HDL-C、VLDL-C水平密切相關，非諾貝特和他汀強化降脂可顯著延緩糖尿病腎病的進展[16]。

本實驗腎臟病理檢查提示腎小球血管袢分葉數量增加，基底膜及系膜基質增生，呈團塊狀，腎小球體積縮小，血管內皮細胞數目減少，部分出現脂肪變，腎小管出現不同程度范圍變性甚至壞死，腔內可見鈣鹽沉積，雖然未見典型K-W結節及纖維蛋白帽提示糖尿病腎病造模成功。心臟病理檢查提示心內膜下心肌脂質蓄積，考慮由于過氧化物酶體增殖物激活受體-α活化，導致丙酮酸脫氫酶激酶-4表達增加，減少糖氧化，同時通過CD36和脂肪酸氧化相關基因表達的增加，促進線粒體脂肪酸攝入，影響心肌能量代謝，引起糖尿病心肌病[18]。血脂檢查提示TG、TC、LDL-C水平升高，但本實驗得出HDL-C水平較NC組升高，考慮為不同物種或者樣本數量偏少有關，TC/HDL-C、LDL-C/HDL-C水平升高提示存在心血管病風險，但與HDL-C相關ApoA1和與LDL-C相關的ApoB100水平未見異常，轉運血脂ApoE可見DM組下降，可見糖尿病可引起顯著血脂代謝障礙，參與到糖尿病腎病形成，尿蛋白水平DM組高于NC組，但不存在統計學差異，可能由于本實驗小樣本或者實驗周期尚不足引起顯著尿蛋白。

本實驗得出糖尿病導致脂質代謝紊亂，增加心血管及其他大血管疾病風險，可引起心臟和腎臟結構改變，需行積極降脂治療。

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Lipid abnormalities,renal and cardiac histology changes in rabbits with type 1 diabetes

Objective To investigate the changes of lipid metabolism,renal and cardiac histology in type 1 diabetes．Methods Thirty six New Zealand rabbits were randomly divided into diabetes mellitus group(DM,n=20)and normal control group(NC,n=16)．Type 1 diabetes was induced by injection of Alloxan(80mg/kg)twice via ear marginal venous,the same volume of normal saline was injected in NC group．The general conditions,body weight,food and water intake were observed for 4 weeks after injection;blood total cholesterol(TC),triglyceride(TG),low density lipoprotein cholesterol(LDL-C),high density lipoprotein cholesterol(HDL-C),apolipoprotein A(apoA),apolipoprotein B(apoB)and apolipoprotein E(apoE)levels were determined,and routine urine test,urine protein were measured by the end of the experiment;and histopathological examination of heart and renal were performed．Results The TC,HDL-C,LDL-C levels and TC/HDL-C,LDL-C/HDL-C in DM group were significantly higher than those in NC group (P＜0．01),but there was no significant difference in ApoB100 levels and ApoA1/ApoB100 between two groups．Compared to NC group the levels of TC,TG,LDL-C in DM group were elevated by 97%, 48%and 130%,respectively;there were no statistical differences in the ratio of TG/HDL-C and ApoE level between two groups．The urine protein level in DM group was higher than that in NC group．Histopathological examination showed that there were cell edema,disordered arrangement of myocardial fibers,interstitial enlargement,mild-moderate-severe lipid accumulation and fatty degeneration under the epicardium in the heart of DM group．Basement membrane and mesangial matrix proliferation, glomerular volume shrinking and glomerular fatty degeneration,mild-moderate-severe tubular degeneration and necrosis,calcium salt deposits were observed in the cavity of distal convoluted tubule in diabetic kidney．Conclusion Type 1 diabetes may result in dyslipidemia and heart and kidney dysfunction,which are associated with pathogenesis of diabetic nephropathy and cardiomyopathy．

Diabetes mellitus Lipid abnormality Diabetic nephropathy Diabetic cardiomyopathy

2014-06-23）

（本文編輯：馬雯娜）

浙江省自然科學基金資助項目（Y2110934）

314000 嘉興市第二醫院心內科（趙圣剛、張冉、江力勤）；溫州市中心醫院心內科（陳善漿）通信作者：江力勤，E-mail：jiangliqin@medmail.com.cn